JP2013221464A - 可変容量オイルポンプ - Google Patents

Abstract

【目的】アウターロータの軸偏心機構を有し、且つポンプ効率を向上させることができる可変容量オイルポンプとすること。
【構成】インナーロータ３の回転中心に対して所定の偏心量ｅを有するアウターロータ４と、アウターロータ４をインナーロータ３に対して偏心量ｅを維持しつつ所定の軌跡に沿って揺動させる案内手段Ｂと、吸入ポート１２と吐出ポート１３と吐出ポート１３の終端部１３ｂと吸入ポート１２の始端部１２ａとの間に形成された第２シールランド１５とを備えたポンプハウジングＡとからなること。インナーロータ３と、アウターロータ４の噛合い領域Ｓｂは、案内手段Ｂの揺動操作によるアウターロータ４の初期位置から最終位置に亘って第２シールランド１５の少なくとも一部と常に重なり合う構成としてなること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アウターロータの軸偏心機構を有し、且つポンプ効率を向上させることができる可変容量オイルポンプに関する。

従来、インナーロータの中心とアウターロータの中心を結ぶ線である基準線を回転移動して、ポンプ吐出量を可変にする構造を有する内接歯車式オイルポンプが存在する。この種のものが開示されたものとして特許文献１が存在する。この特許文献１の構成を概略する。なお、以下の説明において部材に付された符号は、特許文献１に記載されたものをそのまま使用する。

まず、トロコイド、サイクロイド等の歯形の内接歯車式オイルポンプである実施例１において、吐出ポート９と吸込ポート１０の間にハウジング１によって形成された小仕切部１３及び大仕切部１４のうち、該大仕切部１４により封止されたセル１１が形成されている。このセルは、インナーロータの中心位置Ｏｘが移動した時においても封止された状態のままである〔特許文献１の図（４）のａ〜ｄ参照〕。

一方、インナーロータの中心位置Ｏｘの移動により、吸込ポート１０側のセルの容量は減少するが、かかるセルにより吸込されたオイルが大仕切部１４により封止されたセルに流入した場合、この封止されたセルの容量が相対的に大きいことから、キャビテーションが発生して脈動増加による騒音発生の原因となる可能性がある。

このキャビテーションを抑制するため、実施例２において、サイクロイド曲線によって構成された歯形形状に対して、周方向への変形を施した歯形のインナーロータ２及びアウターロータ３を用いている。この実施例２においては、インナーロータ２の中心位置Ｏｘが最大吐出量となる偏心角度０°の位置において、大仕切部１４により封止されたセル１１が形成されている。

このインナーロータ２の中心位置Ｏｘと、アウターロータ３の中心位置Ｏｙとを結ぶ直線で分けられた各側において、インナーロータ２の外歯の少なくとも１つがアウターロータ３と離間している。すなわち、インナーロータ２の外歯が全てアウターロータ３と接触している状態とはならない。

特許文献１の図８（ａ）の最大吐出量の場合に、インナーロータ２の外歯と、アウターロータ３の内歯と、大仕切部１４とで封止されたセル１１が、特許文献１の図８（ｂ）から（ｄ）のようにインナーロータ２の中心位置Ｏｘが移動した時には、封止されず、吐出ポート９或いは吸込ポート１０側のセルと連通する。

大仕切部１４の吐出ポート９側或いは吸込ポート１０側の端部上において、インナーロータ２の外歯とアウターロータ３の内歯とが離間することにより、大仕切部１４により封止されるセルが形成されず、吐出ポート９或いは吸込ポート１０と連通することにより、キャビテーションの発生を抑制している。

特開２００８−２９８０２６号公報

特許文献１が有する課題について述べる。インナーロータ２の中心位置Ｏｘが移動する偏心時、セル１１は大仕切部１４上において、吸込ポート１０に連通する。そのために、一旦、セル１１に供給されたオイルが吸込ポート１０に戻ってしまい、無駄な仕事を行っていることになり、ポンプ効率が低下する。

そして、特に、偏心角度θが６０°になると、セル１１は、大仕切部１４上において、吐出ポート９から吸込ポート１０の両方と連通する。これによりオイルの吐出量は極端に減るが、ポンプの仕事量は変わらないので、ポンプ効率が著しく低下する。本発明の目的（解決しようとする技術的課題）は、インナーロータと該インナーロータが内接するアウターロータからなる可変容量タイプの内接歯車式ポンプにおいて、ポンプ効率の低下を抑制しつつ、吐出量の可変を行うことができるようにすることにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、インナーロータと、該インナーロータの回転中心に対して所定の偏心量を有するアウターロータと、該アウターロータを前記インナーロータに対して前記偏心量を維持しつつ所定の軌跡に沿って揺動させる案内手段と、吸入ポートと吐出ポートと該吐出ポートの終端部と前記吸入ポートの始端部との間に形成された第２シールランドとを備えたポンプハウジングとからなり、前記インナーロータと、前記アウターロータの噛合い領域は、前記案内手段の揺動操作によるアウターロータの初期位置から最終位置に亘って前記第２シールランドの少なくとも一部と常に重なり合う構成としてなる可変容量オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１において、前記案内手段の揺動操作によるアウターロータの揺動の初期位置から最終位置における角度変化量は、前記第２シールランドの角度と前記噛合い領域の角度との和よりも小なる構成としてなる可変容量オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、第２シールランド上で、インナーロータとアウターロータとの駆動による噛合い領域が常に存在するため、インナーロータの歯と、アウターロータの歯とのチップクリアランス部分のシール性が常に向上し、オイルポンプの容積効率を向上させることができる。インナーロータの歯とアウターロータの歯とのチップクリアランスは略ゼロ又は微小のため、容積効率をより一層向上させることができる。

また、ロータの歯がどの位相であったとしても、第２シールランド上に噛合い領域が位置するようになる。これにより吸入ポートと吐出ポートは連通し難くい構成となり、シール性が常に向上し、オイルポンプの容積効率を向上させることができる。

請求項２の発明では、請求項１において、前記案内手段の揺動操作によるアウターロータの揺動の初期位置から最終位置における角度変化量は、前記第２シールランドの角度と前記噛合い領域の角度との和よりも小なる構成により、本発明の設計基準が明確となり、各部位の寸法等を決定しやすく、ひいては製造効率を向上させることができる。

（Ａ）は本発明のアウターロータの初期位置における正面図、(Ｂ)は本発明の最終位置における正面図である。 （Ａ）はポンプハウジングの正面図、（Ｂ）はポンプハウジングにアウターリングを内装した正面図である。 （Ａ）は本発明における第２シールランドと噛合い領域及びその周辺の構成を示す要部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大図である。 エンジンの低回転時における第２シールランドと噛合い領域との位置関係を示す要部拡大図である。 エンジンの中回転時における第２シールランドと噛合い領域との位置関係を示す要部拡大図である。 エンジンの高回転時における第２シールランドと噛合い領域との位置関係を示す要部拡大図である。 本発明の特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は主に、図１に示すように、ポンプハウジングＡと、インナーロータ３と、アウターロータ４と、案内手段Ｂとから構成される。該案内手段Ｂは、前記インナーロータ３に対して前記アウターロータ４を所定の軌跡（軌跡円Ｑ）に沿って揺動するように案内する役目をなす。

ポンプハウジングＡには、ロータ室１と操作室２が形成される〔図２（Ａ）参照〕。ロータ室１の底面部１ａには、ポンプ駆動用の駆動軸が装着される軸孔１１ が形成され、該軸孔１１の周囲に吸入ポート１２と吐出ポート１３が形成されている。また、吸入ポート１２と吐出ポート１３との間には間仕切部が形成されている。

この間仕切部は、ロータ室１内に２箇所に形成され、その一方は、吸入ポート１２の終端部１２ｂから吐出ポート１３の始端部１３ａの間に位置するもので、この間仕切部を第１シールランド１４と称する〔図２（Ａ）参照〕。また、他方の間仕切部は、吐出ポート１３の終端部１３ｂから吸入ポート１２の始端部１２ａの間に位置するものであり、これを第２シールランド１５と称する〔図２（Ａ）参照〕。

ロータ室１には、インナーロータ３、アウターロータ４及び案内手段Ｂとしてのアウターリング５が内装される〔図１，図２（Ｂ）参照〕。また、操作室２には、案内手段Ｂのアウターリング５を揺動動作させるための受圧突起部５２が配置される。前記ロータ室１と、操作室２とは、連通されている。前記操作室２は、吐出ポート１３と前記吸入ポート１２から形成されたリリーフ流路にて連通されている。

インナーロータ３は、歯車状のロータであり、複数の外歯３１，３１，…が形成されている(図１参照)。インナーロータ３の直径方向中心位置には、駆動軸用のボス孔３３が形成され、該ボス孔３３には、駆動軸が貫通固定される。アウターロータ４は、環状に形成され、内周側に複数の内歯４１，４１，…が形成されている。

そして、インナーロータ３の外歯３１の数は、アウターロータ４の内歯４１の数よりも１つ少ないものとして構成され、インナーロータ３が一回転すると、アウターロータ４は一歯分遅れて回転する関係となる。インナーロータ３の外歯３１，３１，…と、アウターロータ４の内歯４１，４１，…によって複数の歯間空間Ｓ，Ｓ，…が構成される。また、インナーロータ３の外歯３１とアウターロータ４の内歯４１とは、円滑な回転を行うために隙間が設けられており、この隙間をチップクリアランスと称する。

前記インナーロータ３は、その回転中心Ｐ3の位置がロータ室１に対して不動である。そして、インナーロータ３の回転中心Ｐ3に対して、アウターロータ４はその回転中心Ｐ4が偏心量ｅだけ離れた位置にて回転する。該偏心量ｅは、不変であり、インナーロータ３とアウターロータ４とが、常に一定の間隔を維持しながら回転し、外歯３１，３１，…と、内歯４１，４１，…とのチップクリアランスを適正な状態に維持するものである。

前記インナーロータ３の回転中心Ｐ3と、前記アウターロータ４の回転中心Ｐ4との中心同士を結び且つ延長した仮想の線を基準線Ｌと称する（図１，図３参照）。アウターロータ４は、その回転中心Ｐ4がインナーロータ３の回転中心Ｐ3に対して所定の偏心量ｅを維持する軌跡に沿って揺動すると共に、基準線Ｌも揺動するものである。そして、前述した所定の軌跡は、インナーロータ３の回転中心Ｐ3を直径中心とし、その半径を偏心量ｅとした軌跡円Ｑと称する（図３参照）。

前記アウターロータ４の回転中心Ｐ4は、インナーロータ３の回転中心Ｐ3と偏心量ｅを一定に維持しつつ軌跡円Ｑに沿って揺動するものである〔図３（Ｂ）参照〕。つまり、基準線Ｌが回転中心Ｐ3を揺動中心として、初期位置線Ｌａから最終位置線Ｌｂまでの範囲を揺動する状態にしたがって前記アウターロータ４がアウターリング５の操作により揺動する。初期位置線Ｌａと最終位置線Ｌｂとのなす角度はθoである。

複数の歯間空間Ｓ，Ｓ，…は、インナーロータ３とアウターロータ４との回転に伴って、容積が拡縮して変化する。複数の歯間空間Ｓ，Ｓ，…の中でも容積が最大となる歯間空間Ｓを最大歯間空間Ｓａと称する。また、歯間空間Ｓの容積が最小で、噛み合い状態となる部位を噛合い領域Ｓｂと称する〔図３（Ａ）参照〕。噛合い領域Ｓｂは、インナーロータ３の外歯３１がアウターロータ４の隣接する内歯４１，４１に食い込むように噛み合う領域となる。

噛合い領域Ｓｂは、インナーロータ３の複数の外歯部３1，３１，…と、アウターロータ４の複数の内歯部４１，４１，…とが食い込むように噛み合う領域である。また、噛合い領域Ｓｂでは、噛み合った外歯３１と内歯４１とのチップクリアランスは、略ゼロとなる。実際には、外歯３１と内歯４１とが接触する程度であり、微小なクリアランスもチップクリアランスが略ゼロとした概念に含まれる。

案内手段Ｂは、前記アウターロータ４の回転中心Ｐ4を軌跡円Ｑに沿って揺動させる役目をなすものである〔図２（Ｂ）参照〕。つまり、回転中心Ｐ3を揺動中心として、基準線Ｌが初期位置線Ｌａから最終位置線Ｌｂまでの範囲を揺動するようにアウターロータ４の位置を操作する。

案内手段Ｂは、アウターリング５，案内溝６１及び案内ピン６２とから構成される。アウターリング５は、略円環状に形成され、その内周側を包持内周部５１と称する〔図２（Ｂ）参照〕。さらに、アウターリング５には、受圧突起部が外周側面より直径方向に突出形成されている。前記包持内周部５１は、円形の内壁面として形成されたものであり、包持内周部５１の内径は、アウターロータ４の外径と同一である。

さらに、具体的にはアウターリング５の内径は、アウターロータ４の外径よりも僅かに大きく、前記アウターロータ４が円滑に回動自在となるように、包持内周部５１とアウターロータ４の間にクリアランスを有して挿入されるようになっているものであるが、この構成も同一の概念に含むものである。

アウターリング５の包持内周部５１の直径中心Ｐ5は、該包持内周部５１に挿入された状態のアウターロータ４の回転中心Ｐ4と位置が一致するように構成されている（図１，図３参照）。アウターリング５は、ロータ室１内において、アウターロータ４を包持内周部５１に配置して、これを安定した状態に支持すると共に、操作手段を介してアウターリング５を揺動させる。

アウターリング５の外周側面の所定位置には受圧突起部５２が形成されている〔図２（Ｂ）参照〕。該受圧突起部５２は、前記ポンプハウジングＡの操作室２に配置されつつ、包持内周部５１側がロータ室１に収納される。アウターリング５の受圧突起部５２は、弾性部材５３によって、常時初期位置側を維持するように弾性付勢されている。該弾性部材５３は、コイルバネが使用され、さらに具体的には引張りコイルバネが使用される。引張りコイルバネとした弾性部材５３は、前記操作室２の初期位置側内壁と受圧突起部５２との間に係止連結される。

案内溝６１と案内ピン６２は、アウターリング５を直径中心Ｐ5が前記軌跡円Ｑに沿って揺動できるように案内する役目をなす。案内溝６１は、ポンプハウジングＡのロータ室１の底面部１ａに形成され〔図２（Ａ）参照〕、案内ピン６２は、アウターリング５に設けられている〔図２（Ｂ）参照〕。また、その反対に案内溝６１がアウターリング５に形成され、案内ピン６２がロータ室１の底面部１ａに形成されても良い。

通常は、案内溝６１及び案内ピン６２はそれぞれ３個設けられている。案内溝６１と案内ピン６２とは、いわゆる角度の倍力機構である。そして、アウターリング５が角度で約１０°回転した時に、インナーロータ３とアウターロータ４との相対角度が約２０°〜３０°変わるようにしている。

アウターリング５は、吐出ポート１３から分岐するリリーフ流路から流入するリリーフオイルの圧力を、受圧突起部５２によって受ける。そして、リリーフ圧力が弾性部材５３の弾性付勢力を上回ると、アウターリング５は揺動を開始し、アウターロータ４をその回転中心Ｐ4が軌跡円Ｑに沿うようにして揺動させる。

次に、本発明における動作を説明する。ポンプ始動時には、駆動軸の回転に伴ってインナーロータ３と、案内手段Ｂのアウターリング５とが互いの外歯３１，３１，…と内歯４１，４１，…とを噛み合わせながら回転する。そして、前記歯間空間Ｓは吸入ポート１２側で容積が拡大し、第１シールランド１４を通過した後に吐出ポート１３で収縮し、かかる容積を変化させることによってポンプ作用が行なわれる。すなわち、前記歯間空間Ｓは、吸入ポート１２から第１シールランド１４を通過して吐出ポート１３に向かう行程で、吸入，吸入終了，圧縮，吐出というポンプとしての４つの行程を有する。

このように、操作手段Ｂにより、アウターリング５の可変前（低回転時）、可変途中（中回転時）、可変後（高回転時）のいずれの状態においても、噛合い領域Ｓｂと、第２シールランド１５とは、常に少なくとも一部が重なって配置される構成となる。そのために、第２シールランド１５，アウターリング５，アウターロータ４の構成を以下の条件とする。

つまり、案内手段Ｂの揺動操作によるアウターロータ４の揺動の初期位置から最終位置における角度変化量θoは、第２シールランド１５の角度θaと、噛合い領域Ｓbの角度θbとの和よりも小なる構成としている〔図３（Ａ）参照〕。
すなわち、

となる。

ここで、角度θoとは、アウターロータ４の初期位置線Ｌａから最終位置線Ｌｂにおける角度である〔図３（Ａ）参照〕。つまり、アウターロータ４がアウターリング５によって初期状態から最終状態に揺動する範囲の角度となる。第２シールランド１５の角度θaは、吐出ポート１３の終端部１３ｂから吸入ポート１２の始端部１２ａと、インナーロータ３の回転中心Ｐ3とのなす角度のことである〔図３（Ａ）参照〕。また、噛合い領域Ｓｂの角度θbは、インナーロータ３及びアウターロータ４の歯数によって、角度の大きさは変化するものであるが、通常はインナーロータ３の外歯３１と、アウターロータ４の内歯４１とのチップクリアランスが略ゼロの範囲である。

本発明の実施形態では、インナーロータ３の外歯３１の数を１６とし、アウターロータ４の内歯４１の数を１７としている。インナーロータ３の回転中心Ｐ3と、アウターロータ４の回転中心Ｐ4を結ぶ基準線Ｌを０°とした時の角度と、チップクリアランスの関係をグラフにしたものが図７である。中心間を結ぶ線より吸入ポート側が吸入側で図７の右側、吐出ポート側が吐出側で図７の左側である。

このグラフでは、基準線Ｌより３．６°だけ吐出側にずれた位置から噛合い領域Ｓｂが始まる。
具体的には、

である。

この角度が、チップクリアランスが略ゼロの領域であり、インナーロータ３の外歯３１がアウターロータ４の内歯４１を押している領域である。この領域を噛合い領域Ｓｂと呼ぶ。角度２２．５°はインナーロータ４の外歯３１の１歯分（すなわち、３６０°÷１６）と等しい。この噛合い領域Ｓｂは、インナーロータ３の外歯３１及びアウターロータ４の内歯４１の歯形によって異なり、吐出側のみ、吸入側のみ、吐出側と吸入側にまたがって形成される場合がある。

ポンプの始動直後におけるインナーロータ３とアウターロータ４とが低回転時には、ポンプ吐出圧がゼロ或いは極めて低く案内手段Ｂのアウターリング５は、弾性部材５３によって静止状態である。噛合い領域Ｓｂの回転方向後半部分が第２シールランド１５上に位置する（図４参照）。また、インナーロータ３とアウターロータ４とが中回転時では、噛合い領域Ｓｂは、第２シールランド１５上に位置している（図５参照）。

インナーロータ３とアウターロータ４とが高回転時には、アウターリング５の受圧突起部５２が吐出ポート１３のリリーフ流路からリリーフオイルを受けてアウターリング５がアウターロータ４の回転中心Ｐ4を軌跡円Ｑに沿って揺動させる。これによって、噛合い領域Ｓｂは、その回転方向前半部分が第２シールランド１５上に位置するように移動する（図６参照）。

本発明では、以上述べたように、案内手段Ｂの揺動操作によるアウターロータ４の揺動の初期位置から最終位置における角度変化量θoは、第２シールランド１５の角度θaと、噛合い領域Ｓbの角度θbとの和よりも小なる構成としたことにより、噛合い領域Ｓｂの少なくともその一部が第２シールランド１５上に存在することになる。したがって、第２シールランド１５上ではチップクリアランスが略ゼロの噛合い領域Ｓｂで仕切られるために、第２シールランド１５側にて隣接する吸入ポート１２と吐出ポート１３との間でオイルが逆流することを極力抑制できる。

１２…吸入ポート、１３…吐出ポート、１５…第２シールランド、３…インナーロータ、
４…アウターロータ、Ｂ…案内手段、ｅ…偏心量、Ｓｂ…噛合い領域。

Claims (2)

1. インナーロータと、該インナーロータの回転中心に対して所定の偏心量を有するアウターロータと、該アウターロータを前記インナーロータに対して前記偏心量を維持しつつ所定の軌跡に沿って揺動させる案内手段と、吸入ポートと吐出ポートと該吐出ポートの終端部と前記吸入ポートの始端部との間に形成された第２シールランドとを備えたポンプハウジングとからなり、前記インナーロータと、前記アウターロータの噛合い領域は、前記案内手段の揺動操作によるアウターロータの初期位置から最終位置に亘って前記第２シールランドの少なくとも一部と常に重なり合う構成としてなることを特徴とする可変容量オイルポンプ。
2. 請求項１において、前記案内手段の揺動操作によるアウターロータの揺動の初期位置から最終位置における角度変化量は、前記第２シールランドの角度と前記噛合い領域の角度との和よりも小なる構成としてなること特徴とする可変容量オイルポンプ。

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